引言
生物炭已被广泛应用于修复重金属污染土壤，但粒径大、力学性能差、吸附点位较少等缺点限制了其应用。由铁基化合物和生物炭制备的铁改性生物炭，可优化生物炭的性能，弥补生物炭修复能力的不足，表现出良好的重金属钝化效果。
1、 土壤重金属污染概述
土壤重金属污染隶属无机污染类别，危害性强，影响范围广。土壤中的重金属离子无法被微生物分解，且这些重金属会在土壤生物体内不断累积，并转变为毒性甲基化合物，而这种化合物会随着食物链而最终进入人体，严重破坏人体健康。现阶段，土壤重金属污染物主要有汞、铅、铜、镍、铁、锌等，这些重金属在特殊价态下具备很强的毒性，而部分重金属自身就有很强的毒性，如汞，而当前最为常见的重金属污染元素为锌。当这些重金属元素伴随着工农业活动进入土壤后，其会与土壤紧密胶结，并会与土壤中原有的无机物或有机物发生反应，产生新的重金属化合物。此时，土壤性质已发生改变，而这些重金属化合物在被植物吸收后，其呈现毒性的化合价通常不会出现变化，而是直接进入食物链。此外，部分土壤重金属元素在特殊环境下会转变为烷基化合物，而这种化合物与土壤之间的黏结能力更强，毒性与危害也更大。这些烷基化合物无法被生物分解，且与土壤粒子紧密结合形成整体，并自带吸附作用，这就导致其在进入土壤后，很难通过常规检测手段发现，危害性与破坏性极强。
2、土壤重金属污染现状
一是人类活动因素。调查研究表明，人类活动是造成土壤重金属问题不断加重的首要因素。随着我国工业化发展不断加快，很多不合理的发展建设模式已严重影响到我国生态建设工作，如矿山过度开采、大量工业废水未经处理直接排放、农业生产过量使用化肥与农药等，这些工农业生产让我国土壤重金属污染不断加剧。二是自然生态因素。我国很多地区存在成土母质风化现象，而这种自然现象为土壤中堆积重金属元素创造有利条件，这些重金属元素随着自然降水以及地表水流动，其化学结构将发生改变，并在低洼区域大量堆积，导致土壤中重金属元素含量大幅增加。
3、生物炭修复重金属污染土壤的研究进展
3.1修复机制的进展
铁改性生物炭对重金属污染土壤的修复机制主要有表面吸附作用、静电作用、离子交换、络合作用、氧化还原、共沉淀作用等。铁改性生物炭对重金属污染土壤通常是多个机制共同作用进行修复。一方面纳米铁颗粒还原性强、比表面积大，可提供较多吸附位点，而且可释放铁离子为氧化还原反应提供电子，同时促进非晶态铁的生成，进而与重金属离子发生共沉淀；另一方面生物炭不仅作为载体支撑着纳米铁颗粒，而且生物炭富含孔隙、比表面积较大、具有大量负电荷、拥有丰富的含氧官能团和较高的阳离子交换量，可通过表面吸附、静电吸引、络合作用、离子交换和沉淀作用加快对重金属的吸附。除此之外，生物炭还可作为电荷转移的通道来维持氧化还原反应。纳米铁颗粒和生物炭之间的协同作用使得铁改性生物炭对重金属的去除能力进一步提升。
3.2土壤淋洗法
此技术方法主要是利用在逆转重金属过程中，使土壤中发生离子吸附和重金属沉淀这两种反应，之后再将土壤与提取液进行充分结合，并依托于重金属的转移实现对土壤重金属污染的有效治理。在具体操作过程中，相关工作人员针对修复区域进行土壤开挖工作，然后进行去渣、分散等处理，之后再使用提取液，实现重金属的转移，最后应用水淋将土壤中残留的提取剂去除。相比于其他方法，土壤淋洗法的恢复效果较为理想，且经过处理的土壤在达到常规水平之后可以被再次利用。但土壤淋洗方法的应用关键是提取液，需要在不破坏土壤原有结构的基础上来提取重金属。
3.3以动物为主的土壤修复技术
此修复技术是利用土壤中数量较多的生物种群，比如老鼠、蚯蚓等，依托其生命活动来富集处理土壤中的重金属，从而逐渐降低土壤中的重金属含量，以此提升土壤的修复质量。在实施动物修复技术时，相关技术人员会将蚯蚓、老鼠等直接放置在目标区域内，需要注意的是，要对动物的数量进行控制。在实际应用中，最好将该技术应用于低浓度重金属的污染土壤修复，从而实现良好的治理效果，但避免修复时间过长[1]。
3.4生物炭减缓农田N2O排放
土壤N2O排放主要源于土壤中氮素的硝化和反硝化过程。硝化作用由含有amoA和amoB基因的氨氧化细菌以及含有nxrA的亚硝化细菌驱动，反硝化过程则由含有亚硝酸盐还原酶（nirK和nirS）及一氧化二氮还原酶（nosZ）等特定酶系的一系列反硝化细菌驱动。与影响CH4排放的机制相似，生物炭减缓土壤N2O排放受到土壤性质、生物炭性质和人为管理措施等因素影响。对土壤因素而言，生物炭基于多孔结构和大比表面积的特性，能够增强土壤通气，抑制反硝化路径中N2O的排放，因而对于黏性土壤具有更好的减排效果。此外，土壤阳离子交换量（CEC）较低的土壤施用生物炭可能抑制N2O排放的效果更好，生物炭施加后会增加CEC并促进NH4+/NO3-的吸附和土壤N固定，减少硝化/反硝化的底物，并抑制氮循环酶（如脲酶、蛋白酶）的活性。相反地，在土壤C/N高（>10）的情况下，施用生物炭可能通过改变土壤碳氮比刺激土壤微生物活性，导致农田土壤更高的氮氧化物排放。对生物炭性质而言，Chen等研究发现生物炭热解温度和添加量越高，含有nosZ的微生物丰度和基因表达水平越高，而含有nirS和nirK基因的微生物生长繁殖则受到抑制，表明添加生物炭能够通过削弱硝酸盐和亚硝酸盐向N2O转化并促进N2O转化为N2来减少土壤N2O的排放。生物炭老化对土壤N2O排放影响较大，Feng等发现生物炭对土壤N2O排放的减缓作用由于老化而降低了15.0%，老化生物炭有利于加速硝化作用产生N2O，同时削弱N2O的还原作用[2]。
结束语
生物炭具有降低土壤容重、而炭基肥的作用较弱；生物炭和炭基肥均能提高土壤阳离子交换量，改善土壤性状；生物炭能提高土壤有效钾、磷含量，而炭基肥则能有效提高土壤有效氮、磷、钾和可溶性碳氮的含量；炭基肥能提高大叶罗勒叶绿素含量，1%炭基肥处理能显著提高株高；与对照相比，添加1%、2%、4%、6%生物炭，或0.5%和1%炭基肥大叶罗勒生物量均显著增加，以1%炭基肥处理增幅最大。综合作物生长，推荐炭基肥用量不能超过 1%，且避免在播种期施用，以免影响出苗，而生物炭改良园林土壤可与适量氮肥配施施用以增加绿化植物叶绿素含量，增加观赏性[3]。
参考文献：
[1]罗唯叶,朱靖宜,陈涛,龚正君,李承鸿,王东梅.生物炭修复与改良矿区重金属污染土壤的研究进展[J].环境监测管理与技术,2020,(04):8-12.
[2]陈晨,温欣,宋泽华,李馨茹,王磊.磁性生物炭复合材料修复重金属污染土壤机理及室内试验研究[J].工业技术与职业教育,2020,(02):11-14.
[3]张泽展.磷酸盐改性生物炭对重金属污染土壤中Pb和Zn的固定作用[D].导师：许中坚.湖南科技大学,2020.